化工原理的课程设计的换热器设计.docVIP

食品工程原理课程设计 题目：列管式换热器 班级：化工 姓名：鲁波 目录 第一章 设计方案概述和简介 3 1.1 概述 3 1.2 方案简介 4 1.2.1 列管式换热器的分类 4 1.2.2 设计方案选定 6 第二章 换热器的设计计算 7 2.1 物性参数的确定 7 2.1.1定性温度，取流体进口温度的平均值 7 2.1.2果汁和水在定性温度下的相关物性参数 7 2.2 估算传热面积 7 2.2.1 计算热负荷 7 2.2.2 确定冷却水用量 7 2.2.3 传热平均温度差 8 2.2.4初算传热面积 8 2.2.5 工艺结构尺寸 8 2.3换热器校核 10 2.3.1传热面积校核 10 2.3.2 壁温的计算 13 2.3.3 核算压力降 13 第三章 辅助设备的计算和选型 14 3.1其他附件的设计和计算 14 3.1.1 拉杆规格 14 3.1.2 接管 15 第四章 设计结果汇总表 15 第五章 设计评述 16 参考文献 16 符号说明 18 致谢 19 第一章 设计方案概述和简介 1.1 概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于无聊的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。 按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。 1.2 方案简介 根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。 1.2.1 列管式换热器的分类 1.2.1.1 U型管换热器 U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。 1.2.1.2 浮头式换热器 浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。 1.2.2 设计方案选定 1.2.2.1 换热器类型的选择 按照设计任务书的要求，热流体果汁入口温度80℃，出口温度20℃，冷流体是水，入口温度6℃，出口16℃，操作压力小于0.6MPa，果汁的温度变化为60℃比较大。基于这些要求，应选择填料函式换热器，是由于它具有管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力、制造方便和易于清洗的特点。 1.2.2.2 流体路径的选择 果汁是粘度较大的液体，且需要冷却，所以选择走壳程，并且，填料函式换热器具有不论管内还是管间都易于清晰地优点，又给果汁走壳程增添了有力的理论依据。这样，冷却水即走管程。按照一般情况，选用规格为25*2.5mm的不锈钢无缝管。 1.2.2.3.列管式换热器设计的主要内容 列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流体设计、结构设计、以及强度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用时，均需要进行这方面的工作。热力设计是指根据使用单位提出的基本要求，合理的选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。 第二章 换热器的设计计算 2.1 物性参数的确定 2.1.1定性温度，取流体进口温度的平均值 壳程流体果汁的定性温度： 管程流体水的定性温度： 2.1.2果汁和水在定性温度下的相关物性参数 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据，果汁在50℃下的物性数据和水在11℃下的物性数据如下表 项目 对象 密度 () 比热容 () 导热率 () 黏度 () 果汁 1050 3187 0.61 0.00162 水 999.55 4190.2 0.5769 0